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我有 8% 是病毒

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古裝劇有這樣的劇情:一對青梅竹馬的朋友,甚是要好,後來發現一人有外族血統,姑勿論結局如何,劇中人難免捲入國仇家恨的旋渦,承受着身不由己的無奈。

我現在宣佈,我有病毒的「血統」,大家會不會殺之而後快?我死了,殺我的應該被奉為抗毒英雄,還是被控作殺人元兇?

我再宣佈,所有人都有病毒的「血統」,人的基因有 8% 來自病毒。

這要從細胞和病毒的關係說起。每個細胞有一套基因,若果細胞是機械人,基因就是天書,指示着機械人每時每刻的一舉一動 -- 要往何處、乘什麼巴士、今晚食乜餸、怎樣煮,總之天書是機械人唯一、亦是全部的指令。細胞,就是一個捧着天書過活的機械人。天書包含複製的指令,機械人複製自己時(即細胞分裂),當然亦會複製一本天書給那第二個自己。

某天,機械人正在讀天書,隨風飄來一張字條,單純的機械人不虞有詐,以為天降大任,只懂跟隨字條行事。字條寫着什麼指令,天曉得,可以叫機械人去海洋公園,可以叫機械人狂吃炸雞,甚至叫機械人自殺,最常見是指令機械人不斷影印字條,到處散播。字條,就是病毒。病毒不懂自行複製,必須找個機械人代勞。被字條控制的機械人,就是一個受病毒感染的細胞。

某些字條,還會夾在天書中間,令機械人誤把字條當作天書一部分,這是更「高層次」的感染,改變機械人行為之餘,連天書亦受「污染」。上面說過,機械人複製自己時,會同時複製天書,一本受污染的天書翻版後,外來與原來的指令已經別無兩樣,融為一體了。從此,病毒基因成了細胞基因的一部分。若果受污染的是生殖細胞,這些有「病毒筆迹」的基因便會代代相傳下去。

經年累月,病毒基因愈積愈多,今天人的基因有 8% 源自病毒。

從前以為基因只會縱向遺傳,由上一代傳給下一代,沒想過竟可「橫向轉移」(horizontal gene transfer),在「血統」這幅圍牆鑿穿了一個洞。人看事物,喜歡井然有序,方便分析,方便排斥,然而真正的大自然和真實的歷史一樣,黑白、忠奸、敵我,難以分清,亦毋須分清。

橫向基因轉移在單細胞生物之間經常發生。單細胞分兩種:有細胞核和無細胞核;前者基因包在細胞核之內,後者結構相對簡單,基因纏在一團,沒有隔離。沿用機械人的比喻,前者把天書釘裝得整整齊齊,還有個書包方便攜帶,後者的天書則是鬆鬆散散的紙頁。有人估計,無細胞核的生物裡,至少 81% 的基因曾經參與橫向轉移,可見此機制於單細胞進化過程之重要。其實,過去已有不少實驗證明,細菌(無核單細胞)能夠從環境中吸收 DNA 並合併至自身基因之中,它們亦愛群居,與其他單細胞經常有「親密接觸」,此外亦有不少像阿米巴蟲(有核單細胞)之類以吞噬其他細胞為生,各種細胞物質混合、甚至融合的可能性,不應令人詫異。

橫向基因轉移之頻密,說明全球的單細胞生物就像生活在一個基因大溶爐之內,不是獨立進化,而是一同進化,某生物發現一串有用的基因,除了遺傳給後裔,亦可能與其他同類或非同類分享,讓有用的「資訊」廣泛傳播。對機械人來說,抄襲別人的天書是平常事。

生命由單細胞進化至多細胞,原來獨立生活的機械人現在成了家庭的一員,家庭每位成員都有相同的天書,但每人讀不同的章節,各司其位。為確保家庭運作暢順,天書不得隨便刪改,否則人人我行我素,家不成家,因此漸漸發展一些保持天書潔淨的機制,亦有系統監察成員規行矩步,過分越軌會被殺,從此天書遭外界「入侵」的機會大降。

但不是沒可能,正如人的基因不斷遭病毒入侵一樣,這當然不是唯一例子。

一種叫 Wolbachia 的細菌(單細胞)寄生在一種叫 Callosobruchus chinensis 的甲蟲(多細胞)身上,科學家發現後者擁有前者的基因,怎樣發生,因何發生,不知道,只知橫向基因轉移曾經發生。事實上,有人已經在 4 種昆蟲和 4 種線蟲(nematode)的基因內發現 Wolbachia 細菌的基因,說明單細胞至多細胞的基因轉移也不罕見。隨着愈來愈多生物的基因圖譜面世,這類發現只會愈來愈多。

多細胞至多細胞又如何?要跨越兩個家庭對天書的管制,談何容易。

也不是沒可能。一種海蛞蝓(sea slug,蛞蝓即無殼蝸牛)以某類海藻為食,吃過之後不是消化掉便算,而會保留海藻的葉綠體(chloroplast)於消化道的細胞之內,讓其繼續進行光合作用,提供能量。這裡有一疑團,單靠葉綠體進行不了光合作用,還需要多種蛋白。被吞噬前,海藻製造所需蛋白給葉綠體使用,但海蛞蝓據葉綠體為己有之後,怎樣維持那些蛋白的供應呢?科學家發現,海蛞蝓和海藻某些基因幾乎一模一樣,而這些基因所製的蛋白正是光合作用所需要的,他們並收集海蛞蝓未孵化的幼蟲,發現亦擁有相同基因。看來,那些與葉綠體運作有關、原本屬於海藻的基因,不知什麼時候和海蛞蝓的基因接駁上,成了後者的一部分,代代相傳。

據我所知,多細胞至多細胞的橫向基因轉移,暫時只此一例。

學生抄功課,A 貨抄名牌,上海世博抄日本歌。我們無意中抄了些病毒基因,這又算什麼?

(2010 年 9 月 7 日 信報副刊)
(本文部分節錄自《黑猩猩的膝蓋》〈橫向思維〉一文)

學術參考:
Masayuki Horie, et al. (2010), “Endogenous Non-Retroviral RNA Virus Elements in Mammalian Genomes,” Nature 463, 84-87.

Sidney K. Pierce, Nicholas E. Curtis, Julie A. Schwartz (2009), “Chlorophyll a Synthesis by an Animal Using Transferred Algal Nuclear Genes,” Symbiosis 49, 121–131.

Mary E. Rumphoa, et al. (2008), “Horizontal Gene Transfer of the Algal Nuclear Gene psbO to the Photosynthetic Sea Slug Elysia chlorotica,” PNAS 105, 46, 17867–17871.

Tal Dagan, Yael Artzy-Randrup, William Martin (2008), “Modular Networks and Cumulative Impact of Lateral Transfer in Prokaryote Genome Evolution,” PNAS 105, 29, 10039–10044.

Naruo Nikoh, et al. (2008), “Wolbachia Genome Integrated in an Insect Chromosome: Evolution and Fate of Laterally Transferred Endosymbiont Genes,” Genome Research 18, 272-280.

Patric Jern, John M. Coffin (2008), “Effects of Retroviruses on Host Genome Function,” Annual Reviews Genetics 42, 709-732.

Sidney K. Pierce, Nicholas E. Curtis, Jeffery J. Hanten, Susan L. Boerner, Julie A. Schwartz (2007), “Transfer, Integration and Expression of Functional Nuclear Genes between Multicellular Species,” Symbiosis 43, 57–64.

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